CN116191696A - 无线充电装置及其异物检测方法、装置、电路及设备 - Google Patents

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CN116191696A CN202310338819.8A CN202310338819A CN116191696A CN 116191696 A CN116191696 A CN 116191696A CN 202310338819 A CN202310338819 A CN 202310338819A CN 116191696 A CN116191696 A CN 116191696A
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邵旭东
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Abstract

本申请提出一种无线充电装置及其异物检测方法、装置、电路及设备，该方法包括：应用阻尼振荡信号处理电路，对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号；根据脉冲信号，确定阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及两个目标幅值之间的目标周期数；基于两个目标幅值和目标周期数，确定待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数；基于当前振荡频率、当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。本申请能够输出准确反映无线电源发射器的阻尼振荡信号的脉冲信号，以便基于该脉冲信号计算出无线电源发射器的当前品质因数和当前振荡频率，实现更准确地异物检测。

Description

无线充电装置及其异物检测方法、装置、电路及设备
技术领域
本申请属于无线充电技术领域，具体涉及一种无线充电装置及其异物检测方法、装置、电路及设备。
背景技术
无线充电技术(Wireless charge technology)是一种完全不借助电线，而利用磁共振原理为设备充电的技术。其源于无线电力输送技术，利用磁共振在充电器(无线电源发射器)与电子设备之间的空气中传输电荷，充电器的线圈和电容在充电器与设备之间形成共振，实现电能高效传输的技术。
在线圈和电容形成的交变电磁场中，若存在金属异物的话，将会产生涡流效应，而生成大量的热，致使充电过程异常，甚至烧坏在充电的电子设备。所以，在目前的无线充电技术中，无线电源发射器均应用了异物检测模块。但是，现阶段的异物检测方法中，或使用有缺陷的集成方式，或需应用昂贵的芯片，或需要搭建复杂的电路，没有统一、可靠、具有高性价比的检测方法，造成了行业痛点。
发明内容
本申请提出一种无线充电装置及其异物检测方法、装置、电路及设备，该电路能够输出准确反映无线电源发射器的阻尼振荡信号的脉冲信号，以便基于该脉冲信号计算出无线电源发射器的当前品质因数和当前振荡频率，实现更准确地异物检测。
本申请第一方面实施例提出了一种阻尼振荡信号处理电路，包括至少一组分压电路和至少一组脉冲输出电路；
所述分压电路包括第一电阻、第三电阻及分压节点，所述第一电阻的一端连接第二电源电压，另一端连接所述分压节点；所述第三电阻的一端接入所述阻尼振荡信号，另一端连接所述分压节点；
所述脉冲输出电路包括第二电阻、三极管及脉冲输出节点，所述第二电阻的一端连接第一电源电压，另一端连接所述脉冲输出节点；所述三极管的基极连接所述分压节点，所述三极管的集电极和发射极分别连接所述脉冲输出节点和公共端。
在本申请一些实施例中，还包括钳位电路，所述钳位电路的一端连接所述公共端，另一端连接所述分压节点，所述钳位电路用于将所述分压节点的电路钳位至预设阈值以内。
在本申请一些实施例中，所述钳位电路包括二极管，所述二极管的正极连接所述公共端，负极连接所述分压节点。
在本申请一些实施例中，所述阻尼振荡信号处理电路包括两组分压电路和两组脉冲输出电路，且两组所述分压电路具有不同的阈值电压；所述阈值电压表示所述三极管处于截止电压的情况下，所述阻尼振荡信号的幅值。
本申请第二方面的实施例提供了一种芯片，其上集成有第一方面所述的阻尼振荡信号处理电路。
本申请第三方面的实施例提供了一种用于无线充电的异物检测装置，包括：
第一方面所述的阻尼振荡信号处理电路，用于对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号；
参数计算模块，用于根据所述脉冲信号，确定所述待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数；
异物检测模块，用于基于所述当前振荡频率、所述当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
在本申请一些实施例中，还包括校准模块，所述校准模块用于检测所述脉冲信号发生逻辑变化的情况下，所述阻尼振荡信号处理电路分压节点的实际电压；并基于所述实际电压对所述阻尼振荡信号处理电路的阈值电压进行校准。
本申请第四方面的实施例提供了一种无线充电装置，包括无线电源发射器，还包括第三方面所述的用于无线充电的异物检测装置。
本申请第五方面的实施例提供了一种无线充电异物检测方法，包括：
应用第一方面所述的阻尼振荡信号处理电路，对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号；
根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数；
基于所述两个目标幅值和所述目标周期数，确定所述待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数；
基于所述当前振荡频率、所述当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定所述待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
在本申请一些实施例中，所述根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数，包括：
根据所述脉冲信号的变化沿确定两个目标时刻，所述两个目标时刻之间的时间差为所述目标周期数；
确定所述两个目标时刻分别对应的幅值为所述两个目标幅值。
在本申请一些实施例中，所述根据所述脉冲信号的变化沿确定两个目标时刻，包括：
根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号产生的各脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻；
基于第M个脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻，以及第N个脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻，确定产生所述第M个脉冲信号的中间时刻和产生所述第N个脉冲信号的中间时刻分别为所述两个目标时刻；所述M和N分别为两个不同的自然数。
在本申请一些实施例中，所述根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数，包括：
将所述阻尼振荡信号的初始幅值确定为其中一个目标幅值，将产生所述脉冲信号的阈值电压确定为另一个目标幅值；
将所述脉冲信号产生的脉冲信号个数确定为所述目标周期数。
在本申请一些实施例中，所述阻尼振荡信号处理电路包括两组分压电路和两组脉冲输出电路，且两组所述分压电路具有不同的阈值电压；
所述根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数，包括：
确定所述两个阈值电压分别产生的第一脉冲信号数目和第二脉冲信号数目；
将所述两个阈值电压确定为所述两个目标幅值，将所述第一脉冲信号数目和所述第二脉冲信号数目之间的差值确定为所述目标周期数。
在本申请一些实施例中，还包括：
检测所述脉冲信号发生逻辑变化的情况下，所述阻尼振荡信号处理电路的分压节点的实际电压；
基于所述实际电压对所述阻尼振荡信号处理电路的阈值电压进行校准。
本申请第六方面的实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第五方面所述的方法。
本申请第七方面的实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行实现如第五方面所述的方法。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的异物检测方法，基于阻尼振荡信号处理电路输出的脉冲信号，可采集到足够的参数，并按照LC振荡电路的物理意义计算，可以得到更准确、更可靠的振荡频率和品质因数。且由于本实施例能测量振荡频率f，因此能满足Qi协议1.3版本中“基于***固有频率的异物检测方式”，增大了该异物检测方法的适用性。另外，由于本实施例可以测得***的Q值与振荡频率f，因此可以判断无线电源发射器的交变电磁场以内是否存在金属异物、是否存在可能的电源接收器、是否有接收设备与金属异物共同存在的情况，甚至可判断异物对充电效率的影响程度等，从而能够实现更细致的异物判断。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
在附图中：
图1示出了本申请实施例中无线电源发射器的谐振电容与发射线圈构建的二阶***产生的阻尼振荡信号示意图；
图2示出了本申请实施例提供的阻尼振荡信号处理电路的结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的无线充电异物检测方法的流程示意图；
图4示出了本申请实施例中待测无线电源发射器的谐振电容与发射线圈构建的二阶***结构示意图；
图5示出了本申请实施例中空载时的阻尼振荡曲线示意图；
图6示出了本申请实施例中存在金属异物的阻尼振荡曲线示意图；
图7示出了本申请一实施例中接入无线接收设备后的阻尼振荡曲线；
图8示出了本申请实施例中输出的脉冲信号T_OUT、输入的阻尼振荡信号T_IN，以及分压节点的电压信号之间的对应关系示意图；
图9示出了本申请实施例中阻尼振荡信号处理电路输出的脉冲信号与阻尼振荡信号的关系示意图；
图10示出了本申请一实施例提供的用于无线充电的异物检测装置的结构示意图；
图11示出了本申请另一实施例提供的用于无线充电的异物检测装置的结构示意图；
图12示出了本申请一实施例所提供的一种电子设备的结构示意图；
图13示出了本申请一实施例所提供的一种存储介质的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
对无线充电设备进行异物检测时，可以采用对电流电压功率监测的间接异物检测方式，也可以进行Q值检测，也称之为品质因数检测，是在充电之前，通过测量无线充电装置的振荡***的Q值来判断是否存在异物。其中，Q＝2π*存储能量/一个振荡消耗的能量。而目前的技术方案中，在对Q值进行计算时，往往仅测量了阻尼振荡的幅值变化与时间的关系，而忽略了(或是因技术条件受限而没有采集)对振荡频率的测量。但是，对于包括LC振荡电路的无线接收设备，当存在金属异物时，金属异物接入无线接收设备后，会使LC振荡电路的频率发生变化，继而也会影响Q值的变化，所以仅通过阻尼振荡的幅值变化与时间的关系来计算Q值，可能会使计算结果偏差较大，从而无法准确判断是否存在金属异物。
鉴于上述还没有统一、可靠、具有高性价比的异物检测方法，本申请实施例提出了一种无线充电装置及其异物检测方法、装置、阻尼振荡信号处理电路、电子设备及介质。该异物检测方法基于该阻尼振荡信号处理电路，具体计算和异物分析检测步骤的执行主体可包括但不限于：MCU、FPGA、数字逻辑单元等具有数字逻辑处理功能的处理模块。该阻尼振荡信号处理电路包括至少一组分压电路和至少一组脉冲输出电路；其中，分压电路包括第一电阻、第三电阻及分压节点，第一电阻的一端连接第二电源电压，另一端连接分压节点；第三电阻的一端接入阻尼振荡信号，另一端连接分压节点。脉冲输出电路包括第二电阻、三极管及脉冲输出节点，第二电阻的一端连接第一电源电压，另一端连接脉冲输出节点；三极管的基极连接分压节点，三极管的集电极和发射极分别连接脉冲输出节点和公共端。该阻尼振荡信号处理电路可以对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，生成相应的脉冲信号。通过对该脉冲信号进行采集和分析，便可确定待测无线电源发射器当前的振荡频率和品质因数，然后将计算出的振荡频率和品质因数与预设的振荡频率和品质因数进行比较，基于无线电源发射器的原理和金属的物理特性，便可确定无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
本申请实施例基于无线电源发射器的谐振电容与发射线圈构建一个二阶***，向该***输入一个阶跃信号后，作为阶跃信号的响应，可在发射线圈的某一端产生如图1所示的阻尼振荡信号。在计算Q值时，可以参照阻尼振荡信号的阻尼系数ζ，计算Q值。具体计算过程如下：
由于LC振荡电路是个二阶线性***，可建立微分方程：
Figure BDA0004157426510000061
Figure BDA0004157426510000062
其中，R为该二阶***的负载，可以但不限于能够进行无线充电的电子设备；L为发射线圈的电感，以亨利为单位；C表示谐振电容的电容值，以法拉为单位；UC(t)表示谐振电容在t时刻的电容电压，i(t)表示t时刻该二阶***的电流，Uin(t)表示t时刻该二阶***的电压，即阻尼振荡信号的幅值。
假设电容电压为输出，经拉普拉斯变换，可得到该二阶***的传递函数：
Figure BDA0004157426510000071
又因为谐振特性：
Figure BDA0004157426510000072
得到典型二阶***的函数：
Figure BDA0004157426510000073
Figure BDA0004157426510000074
其中，ζ即为阻尼系数；ω0为阻尼振荡信号的谐振角频率；R为该二阶***的负载，可以但不限于能够进行无线充电的电子设备；L为发射线圈的电感，以亨利为单位；C表示谐振电容的电容值，以法拉为单位。
将上式与Q值的定义式对比可整理出(谐振时)：
Figure BDA0004157426510000075
得：
Figure BDA0004157426510000076
进一步地，在进行Q值计算时，可以先提出阻尼振荡信号的1→0的幅值电压衰减曲线：
Figure BDA0004157426510000077
在曲线上任意取t0和t1两点：
Figure BDA0004157426510000078
可得阻尼系数与Q值的计算式：
Figure BDA0004157426510000081
Figure BDA0004157426510000082
若结合正弦曲线的周期性特点，取阻尼波UC(t)上的峰值点UC1与UC2，其时间间隔为t1-t0＝nT，此时：
Figure BDA0004157426510000083
Figure BDA0004157426510000084
基于无线电源发射器的原理和金属的物理特性，分析可知，随着时间的推移，在无线电源发射器的交变电磁场以内，Q值与振荡频率f会有如下变化：
若交变电磁场内不存在任何金属器件，则Q值最大，振荡频率由发射器的固有振荡频率决定，保持不变；
若交变电磁场内仅存在金属异物(存在感性负载)时，则Q值大幅减小，振荡频率不变；
若交变电磁场内仅存在无线电源接收器(存在容性负载)，则Q值会略减，振荡频率会变化(受无线电源接收器的固有频率决定)。
在计算出上述Q值，以及振荡频率f＝1/T之后，可应用上述过程，即可通过连续采集并计算得出***的Q值与振荡频率f，进一步判断出无线电源发射器的交变电磁场以内是否存在金属异物、是否存在可能的电源接收器、甚至可判断异物对充电效率的影响程度等。
但是，阻尼振荡信信号的幅值和振荡周期往往不易检测，不便于直接获取。本实施例提供的阻尼振荡信号处理电路，便是为了对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，生成相应的脉冲信号，通过对该脉冲信号进行采集和分析，便可得到阻尼振荡信信号的幅值和振荡周期。
下面对本申请实施例进行详细描述。
实施例一
请参照图2，为本申请实施例提供的阻尼振荡信号处理电路的结构示意图，如图2所示，该电路包括至少一组分压电路和至少一组脉冲输出电路。其中，分压电路包括第一电阻R1、第三电阻R3及分压节点，第一电阻R1的一端连接第二电源电压U2，另一端连接分压节点；第三电阻R3的一端接入阻尼振荡信号，另一端连接分压节点。脉冲输出电路包括第二电阻R2、三极管及脉冲输出节点，第二电阻R2的一端连接第一电源电压U1，另一端连接脉冲输出节点；三极管的基极连接分压节点，三极管的集电极和发射极分别连接脉冲输出节点和公共端。
其中，分压节点可以为第一电阻R1和第三电阻R3之间的任意节点，该脉冲输出节点用于输出脉冲信号，公共端可以理解为该电路整体的零点参考电压。其中，第一电源电压U1和第二电源电压U2均为***工作电压(可以但不仅限于为3.3V、5V等)。
需要说明的是，该阻尼振荡信号处理电路可以是模拟电路(指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路)，具体可集成到分立的芯片内，作为MCU的硬件外设实现，在MCU集成性较高的情况下，也可直接集成到MCU的芯片上，以节省额外的芯片，本实施例对此不做具体限定。
如图2所示，三极管具体可以为NPN型，此时，三极管的基极连接分压节点，集电极可连接脉冲输出节点，发射极连接公共端。如此，只需要很小的电流便可将三极管导通，而三极管导通之后，在选用的第二电阻比较大的时候，第二电阻的分压与第一电源电压相当，使得脉冲输出节点输出低电平。而当三极管截止时，第二电阻没有电流通过，第一电源电压可全部从脉冲输出节点输出，故脉冲输出节点可输出高电平。
例如，在上述三极管开漏电路中，第一电源电压U1＝3.30V，第二电阻R2＝10kΩ，三极管导通时的基极电流IO＝0.33mA时，截止电压VOFF＝0.63V。
当分压节点的电压UT1等于3.3V时，脉冲输出节点的输出电压UOUT＝0V，即，输出低电平。
当分压节点的电压UT1等于0V时，脉冲输出节点的输出电压UOUT＝3.3V，即，输出高电平。
假设其中逻辑变化(的输出电压由低电平变为高电平，或者由高电平变为低电平)的边界电压即为上述截止电压VOFF。
则三极管理想输出逻辑为(UT1与UOUT的关系)：
Figure BDA0004157426510000091
由于UT1<VOFF时，基极与发射极的过电流IBE＝0，则根据经过第一电阻R1与第三电阻R3的电流相等，可有下述公式(其中U2为第一电阻连接的第二电源电压)：
Figure BDA0004157426510000101
继而可得：
Figure BDA0004157426510000102
因此***输入的阻尼振荡信号的幅值电压UIN的逻辑阈值VTH，该逻辑阈值VTH也可称为该电路的阈值电压(UIN与UT1的关系)：
Figure BDA0004157426510000103
/>
进一步地可得到，输出的脉冲信号TOUT(电压值为UOUT)、输入的阻尼振荡信号TIN(电压值为UIN)与逻辑阈值VTH的关系如下：
Figure BDA0004157426510000104
同时也能发现，R1与R3构成了线性电阻网络，电路符合电压叠加原理，使得测试点T1与输入信号TIN呈线性函数关系，通过计算选定R1与R3，即可设置逻辑阈值VTH，进一步可调节该电路的阈值电压，即UOUT发生阈值变化时，输入的阻尼振荡信号TIN的电压值为UIN。
需要说明的是，图2中示出了三极管为NPN型的连接方式，但本实施例对三极管的类型不做具体限定，其也可以是PNP型，只要，电流流出端接公共端，电流流入端接第一电源电压，能够实现三极管的截止和放大功能即可。
本实施例提供的阻尼振荡信号处理电路，结构简单，无需运放、比较器等集成电路器件，但可准确得出阻尼振荡信号相应的脉冲信号，继而可准确计算出阻尼振荡信号的目标幅值和目标振荡周期，从而确定待测无线电源发射器当前的振荡频率和品质因数，然后将计算出的振荡频率和品质因数与预设的振荡频率和品质因数进行比较，基于无线电源发射器的原理和金属的物理特性，便可确定无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
在一些实施例中，该阻尼振荡信号处理电路还包括钳位电路，钳位电路的一端连接公共端，另一端连接分压节点，钳位电路用于将分压节点的电路钳位至预设阈值以内，防止基极连接的负电压幅值过大而损坏三极管。
其中，该预设阈值可根据三极管的耐压特性进行设置，以能够对三极管进行更好的保护作用。
具体地，钳位电路包括二极管，二极管的正极连接公共端，负极连接分压节点。应用二极管正向导通反向截止的特点，可将二极管反接到上述分压节点T1，以将T1点电压钳位到预设阈值以内，可对三极管起到保护作用。
更进一步地，该阻尼振荡信号处理电路包括两组分压电路和两组脉冲输出电路，且两组分压电路具有不同的阈值电压；阈值电压表示三极管处于截止电压的情况下，阻尼振荡信号的幅值。如此，可基于输入的阻尼振荡信号，得到两个幅值不同的脉冲信号。
实施例二
基于上述阻尼振荡信号处理电路相同的构思，本实施例还提供一种芯片，该芯片上集成有如上述任一实施方式的阻尼振荡信号处理电路。
具体地，该芯片可以是包括上述分立器件的专用芯片，也可以是MCU集成芯片，只要能够实现该电路的作用，输出阻尼振荡信号对应的脉冲信号即可。
本实施例提供的芯片，基于上述阻尼振荡信号处理电路相同的构思，故至少能够实现上述阻尼振荡信号处理电路能够实现的有益效果，且上述阻尼振荡信号处理电路的任意实施方式均可应用于本实施例提供的芯片中，在此不再赘述。
实施例三
基于上述阻尼振荡信号处理电路相同的构思，本实施例还提供一种无线充电异物检测方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1，应用上述的阻尼振荡信号处理电路，对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号。
如图4所示，为本实施例中待测无线电源发射器的谐振电容与发射线圈构建的二阶***结构示意图，可以在图中TEST点位采集该二阶***工作时产生的阻尼振荡信号。其中，L为发射线圈，C为谐振电容，SW1和SW2分别为LC振荡电路的电源电压。基于该***，阻尼振荡信号的产生过程如下：
1)初始平衡状态，SW1、SW2均输出0V。
2)SW1输出1V，SW2输出0V，给LC充电(此时会产生0→1的阻尼振荡)。
3)等待1ms，LC充电完毕到达平衡(此时无振荡)；
4)SW1、SW2均输出0V，给LC放电(此时会产生1→0的阻尼振荡)。
上述的SW1输出的“1V”即是阶跃信号的幅值，在无线充电***中，通常可以选定1V到9V。
可理解的是，无线电源发射器的LC电路的所储的能量相对固定。则不同情况下的衰减情况如图5-图7所示(图中横坐标为时间，单位为微秒；纵坐标为电压值，单位为伏)，其中，图5为空载时的阻尼振荡曲线，此时仅回路的总线阻在消耗能量，振荡幅值衰减较为缓慢。图6为接入无线接收设备后的阻尼振荡曲线，接收端感生电流，增加了一路消耗，振荡幅值衰减相对更快，同时***谐振频率发生变化。图7为接入金属异物后的阻尼振荡曲线，当存在金属异物时，异物端感生电流，由于回路中没有电容且阻值较小，振荡幅值衰减非常快。
基于上述实施例一提供的阻尼振荡信号处理电路的结构和原理，本实施例中，逻辑阈值VTH与截止电压VOFF的关系为：
Figure BDA0004157426510000121
经计算可知，输出的脉冲信号T_OUT(电压值为UOUT)、输入的阻尼振荡信号T_IN(电压值为UIN)与逻辑阈值VTH的关系如下：
Figure BDA0004157426510000122
试验可得，输出的脉冲信号T_OUT(电压值为UOUT)、输入的阻尼振荡信号T_IN(电压值为UIN)，以及分压节点的电压信号之间的对应关系，如图8所示。
步骤S2，根据脉冲信号，确定阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及两个目标幅值之间的目标周期数。
其中，目标幅值可以为阻尼振荡信号衰减过程中，任意两个时刻对应的幅值，只要能够确定该两个时刻之间的目标周期数即可。该目标周期数可以是整数也可以不是整数，本实施例对此不作具体限定。为了便于计算和采集，本实施例可选择阻尼振荡信号的峰值时刻对应的幅值作为目标幅值。
在一些实施例中，步骤S2可以包括以下处理：根据脉冲信号的变化沿确定两个目标时刻，两个目标时刻之间的时间差为目标周期数；确定两个目标时刻分别对应的幅值为两个目标幅值。
本实施例可采用MCU或其它数字逻辑单元结合时钟，记录阻尼振荡信号处理电路输出的脉冲信号的变化沿，第1个下降沿的时刻记为tF1、第1个上升沿的时刻记为tR1……第N个下降的时刻记为tFn、第N个上升沿的时刻记为tRn。
阻尼振荡信号处理电路输出的脉冲信号与阻尼振荡信号的关系如图9所示。可以将任意脉冲信号的上升沿的时刻与下降沿的时刻之间的中间时刻，确定为目标时刻，将该目标时刻对应的幅值确定为目标幅值。
具体地，可根据脉冲信号，确定阻尼振荡信号产生的各脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻。然后基于第M个脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻，以及第N个脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻，确定产生第M个脉冲信号的中间时刻和产生第N个脉冲信号的中间时刻分别为两个目标时刻；M和N分别为两个不同的自然数。
由于阻尼振荡曲线是正弦波，可以通过三角函数计算，第N个周期的幅值VAn与边沿时刻tFn、tRn的关系如下，其中开关阈值VTH和振荡周期T已通过计算得知：
Figure BDA0004157426510000131
一个完整的阻尼振荡曲线会产生N个脉冲，取第N-n个脉冲与第N个脉冲计算得到对应的幅值为VAN-n与VAN。例如，可选取倒数第6个脉冲与最后1个脉冲计算对应的幅值。
在一些实施例中，上述步骤S2也可以包括以下处理：将阻尼振荡信号的初始幅值确定为其中一个目标幅值，将产生脉冲信号的阈值电压确定为另一个目标幅值；将脉冲信号产生的脉冲信号个数确定为目标周期数。
在实际应用中，为减小MCU的运算量与数字逻辑单元的设计复杂度，本实施例可以通过取近似值的方式适对计算过程进行简化。
由于阻尼振荡信号的初始幅值VA0是固定的(即阶跃信号的幅值，可根据应用场景进行选定)，即第0个脉冲幅值VA0等于阶跃信号的一个目标幅值；当第最后一个脉冲时，边沿时刻tFn与tRn非常接近，末尾幅值VAN近似于VTH，即VTH可以作为另一个目标幅值。而初始幅值VA0和末尾幅值VAN均是固定，因此，可以将两个变量预计算并转化为一个常量K。相应地，品质因素Q即可根据函数计算关系式得出：Q＝K1πN。
简化后的Q值计算公式也具有明显的分辨力，能够在无线充电应用场景中实现异物检测的功能。
在另一些实施例中，阻尼振荡信号处理电路包括两组分压电路和两组脉冲输出电路，且两组分压电路具有不同的阈值电压。上述步骤S2也可以包括以下处理：确定两个阈值电压分别产生的第一脉冲信号数目和第二脉冲信号数目；然后将两个阈值电压确定为两个目标幅值，将第一脉冲信号数目和第二脉冲信号数目之间的差值确定为目标周期数。
在实际应用中，为减小MCU的运算量与数字逻辑单元的设计复杂度，但相对于“简化方案一”，需要更高的抗干扰性，本案提出可以通过设计两路开关阈值的方案思路。
通过设计两路分压电路与三极管放大电路，并将分压参数分别设置为阈值VTH_HIGH与VTH_LOW。
一路的开关阈值为VTH_LOW，共计NLOW个脉冲；另一路的开关阈值为VTH_HIGH，共计NHIGH个脉冲。两路逻辑输出的最后一个脉冲时的幅值约等于开关阈值，由于预设的开关阈值为固定值，可预先计算对数函数，将常数提出为K，节省MCU运算量。
品质因素Q即可根据函数计算关系式得出：Q＝K2(NHIGH-NLOW)。
相对而言，该方案实际上是增加模电规模以减少数电规模，具体的，可以简化MCU软件复杂度或数字逻辑单元的规模。同样，该简化后的Q值计算公式具有足够的分辨力，与更高的抗干扰性，足够在无线充电应用场景中实现异物检测的功能。
在另一些实施例中，该异物检测方法还可以包括以下处理：检测脉冲信号发生逻辑变化，检测阻尼振荡信号处理电路的分压节点的实际电压；基于实际电压对阻尼振荡信号处理电路的阈值电压进行校准。
在实际应用中，由于三极管的温度特性，该方案会存在一定的温漂，需要校准。在绝大部分的无线充电***中，主控MCU都已经具备了DAC与ADC外设，可以借助任意其一，实现参数的校准。因为基于现有载体进行应用，该模块不额外增加成本，对于成本敏感性产品非常友好。
具体地，U2可以连接MCU的DAC输出，在测Q值前校准，使U2由3.3V递减，记录UT_OUT输出逻辑变化时的DAC电压值U2_DAC，由于此时VTH＝0V，得：
Figure BDA0004157426510000151
设置VDAC_SET＝VDAC_TH-ΔV，
Figure BDA0004157426510000152
例如，需要V′TH＝80mV，且R3＝4.7kΩ，R1＝1kΩ，只需设置ΔV＝17mV，即可通过DAC动态实时地消除***温漂影响。
由于NPN导通时，可近似认为UT1＝VOFF，只需MCU在UT_OUT逻辑变化后开始ADC采集，通过ADC测量UT1电压得到VT1_ADC，可计算出当下的电压阈值VTH′。
Figure BDA0004157426510000153
只需把补偿后的VTH′值代入Q值计算，即可消除温漂影响。
例如，有些MCU的ADC最大频率约为850KHz，则足够该应用场景下完成若干个ADC采样周期。
步骤S3，基于两个目标幅值和目标周期数，确定待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数。
在确定上述两个目标幅值和目标周期数之后，代入振荡频率f的计算式为：
Figure BDA0004157426510000154
品质因素Q即可根据函数计算关系式得出：Q＝f(VAN-n,VAN,n)。
具体Q值计算式为：
Figure BDA0004157426510000155
以上计算得出的Q值较为准确，但由于运算量比较高，普通的MCU需要约1ms的计算时间。在无线充电应用场景中，异物检测间隔至少有300ms，足够MCU进行运算。
步骤S4，基于当前振荡频率、当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定待测线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
其中，预设标准品质因数和预设标准振荡频率分别为该待测电源发射器出厂时，或使用前测定的标准品质因数和标准振荡频率。
结合上述图4-图6所示的阻尼振荡曲线，以及上述的Q值与振荡频率f在无线电源发射器的交变电磁场内的变化情况，便可确定待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。即，若Q值大幅减小，且振荡频率不变，则说明待测无线电源发射器的交变电磁场内仅存在金属异物(存在感性负载)；若Q值略减，振荡频率也变化(受无线电源接收器的固有频率决定)，则说明待测无线电源发射器的交变电磁场内存在无线电源接收器(存在容性的负载)；若Q值相对标准值未变，振荡频率由发射器的固有振荡频率决定，保持不变，则说明待测无线电源发射器的交变电磁场内不存在任何金属器件。
本实施例提供的异物检测方法，基于阻尼振荡信号处理电路输出的脉冲信号，可采集到足够的参数，并按照LC振荡电路的物理意义计算，可以得到更准确、更可靠的振荡频率和品质因数。且由于本实施例能测量待测无线电源发射器的振荡频率f，因此能满足Qi协议1.3版本中“基于***固有频率的异物检测方式”，增大了该异物检测方法的适用性。另外，由于本实施例可以测得待测无线电源发射器的Q值与振荡频率f，因此可以判断无线电源发射器的交变电磁场内是否存在金属异物、是否存在可能的电源接收器、是否有接收设备与金属异物共同存在的情况，甚至可判断异物对充电效率的影响程度等，从而能够实现更细致的异物判断。
实施例四
基于上述阻尼振荡信号处理电路相同的构思，本实施例还提供一种用于无线充电的异物检测装置，如图10所示，该装置包括：上述的阻尼振荡信号处理电路，还包括参数计算模块和异物检测模块。其中，阻尼振荡信号处理电路用于对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号；参数计算模块，用于根据脉冲信号，确定待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数；异物检测模块，用于基于当前振荡频率、当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
本实施例提供的异物检测装置，基于上述阻尼振荡信号处理电路相同的构思，故至少能够实现上述阻尼振荡信号处理电路能够实现的有益效果，且上述阻尼振荡信号处理电路的任意实施方式均可应用于本实施例提供的异物检测装置中，在此不再赘述。
在一些实施例中，如图11所示，该异物检测装置还包括校准模块，该校准模块用于检测脉冲信号发生逻辑变化的情况下，阻尼振荡信号处理电路的分压节点的实际电压；并基于该实际电压对阻尼振荡信号处理电路的阈值电压进行校准。
实施例五
基于上述用于无线充电的异物检测装置相同的构思，本实施例还提供一种无线充电装置，包括无线电源发射器，还包括上述的用于无线充电的异物检测装置。
本实施例提供的无线充电装置，基于上述异物检测装置相同的构思，故至少能够实现上述异物检测装置能够实现的有益效果，且上述异物检测装置的任意实施方式均可应用于本实施例提供的无线充电装置中，在此不再赘述。
实施例六
本申请实施方式还提供一种电子设备，以执行上述异物检测电路。请参考图12，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种用电设备的示意图。如图12所示，用电设备40包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；存储器401中存储有可在处理器400上运行的计算机程序，处理器400运行计算机程序时执行本申请前述任一实施方式所提供的异物检测方法。
其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403(可以是有线或者无线)实现该装置网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。
总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器401用于存储程序，处理器400在接收到执行指令后，执行程序，前述本申请实施例任一实施方式揭示的异物检测方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。
处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本申请实施例提供的用电设备与本申请实施例提供的异物检测方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
实施例七
本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的异物检测方法对应的计算机可读存储介质，请参考图13，其示出的计算机可读存储介质为光盘30，其上存储有计算机程序(即程序产品)，计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的异物检测方法。
需要说明的是，计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。
本申请的上述实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的异物检测方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

1.一种阻尼振荡信号处理电路，其特征在于，包括至少一组分压电路和至少一组脉冲输出电路；
所述分压电路包括第一电阻、第三电阻及分压节点，所述第一电阻的一端连接第二电源电压，另一端连接所述分压节点；所述第三电阻的一端接入所述阻尼振荡信号，另一端连接所述分压节点；
所述脉冲输出电路包括第二电阻、三极管及脉冲输出节点，所述第二电阻的一端连接第一电源电压，另一端连接所述脉冲输出节点；所述三极管的基极连接所述分压节点，所述三极管的集电极和发射极分别连接所述脉冲输出节点和公共端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括钳位电路，所述钳位电路的一端连接所述公共端，另一端连接所述分压节点，所述钳位电路用于将所述分压节点的电路钳位至预设阈值以内。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述钳位电路包括二极管，所述二极管的正极连接所述公共端，负极连接所述分压节点。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电路，其特征在于，所述阻尼振荡信号处理电路包括两组分压电路和两组脉冲输出电路，且两组所述分压电路具有不同的阈值电压；所述阈值电压表示所述三极管处于截止电压的情况下，所述阻尼振荡信号的幅值。
5.一种芯片，其特征在于，其上集成有如权利要求1-4任一项所述的阻尼振荡信号处理电路。
6.一种用于无线充电的异物检测装置，其特征在于，包括：
权利要求1-4任一项所述的阻尼振荡信号处理电路，用于对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号；
参数计算模块，用于根据所述脉冲信号，确定所述待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数；
异物检测模块，用于基于所述当前振荡频率、所述当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定所述无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
7.根据权利要求6所述的异物检测装置，其特征在于，还包括校准模块，所述校准模块用于检测所述脉冲信号发生逻辑变化的情况下，所述阻尼振荡信号处理电路分压节点的实际电压；并基于所述实际电压对所述阻尼振荡信号处理电路的阈值电压进行校准。
8.一种无线充电装置，包括无线电源发射器，其特征在于，还包括权利要求6或7所述的用于无线充电的异物检测装置。
9.一种无线充电异物检测方法，其特征在于，包括：
应用权利要求1-4任一项所述的阻尼振荡信号处理电路，对待测无线电源发射器的阻尼振荡信号进行处理，得到相应的脉冲信号；
根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数；
基于所述两个目标幅值和所述目标周期数，确定所述待测无线电源发射器的当前振荡频率和当前品质因数；
基于所述当前振荡频率、所述当前品质因数，以及预设标准品质因数和预设标准振荡频率，确定所述待测无线电源发射器的工作范围内是否存在异物。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数，包括：
根据所述脉冲信号的变化沿确定两个目标时刻，所述两个目标时刻之间的时间差为所述目标周期数；
确定所述两个目标时刻分别对应的幅值为所述两个目标幅值。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述脉冲信号的变化沿确定两个目标时刻，包括：
根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号产生的各脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻；
基于第M个脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻，以及第N个脉冲信号的下降沿时刻和上升沿时刻，确定产生所述第M个脉冲信号的中间时刻和产生所述第N个脉冲信号的中间时刻分别为所述两个目标时刻；所述M和所述N分别为两个不同的自然数。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数，包括：
将所述阻尼振荡信号的初始幅值确定为其中一个目标幅值，将产生所述脉冲信号的阈值电压确定为另一个目标幅值；
将所述脉冲信号产生的脉冲信号个数确定为所述目标周期数。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述阻尼振荡信号处理电路包括两组分压电路和两组脉冲输出电路，且两组所述分压电路具有不同的阈值电压；
所述根据所述脉冲信号，确定所述阻尼振荡信号的两个目标幅值，以及所述两个目标幅值之间的目标周期数，包括：
确定所述两个阈值电压分别产生的第一脉冲信号数目和第二脉冲信号数目；
将所述两个阈值电压确定为所述两个目标幅值，将所述第一脉冲信号数目和所述第二脉冲信号数目之间的差值确定为所述目标周期数。
14.根据权利要求9-13任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
检测所述脉冲信号发生逻辑变化的情况下，所述阻尼振荡信号处理电路的分压节点的实际电压；
基于所述实际电压对所述阻尼振荡信号处理电路的阈值电压进行校准。
15.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求9-14任一项所述的方法。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行实现如权利要求9-14任一项所述的方法。
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